五段制井眼降斜段鉆井提速關鍵技術分析

王建龍 ，劉學松 ，鄭永峰 ，許京國 ，張雯瓊

（1.中國石油集團渤海鉆探工程技術研究院，天津 300450；2.中國石油集團渤海鉆探第一鉆井公司，天津 300280；3.中國石油集團渤海鉆探第三鉆井公司，天津 300280）

五段制井眼是指井口與井眼之間有一定水平位移，且完鉆井段是直井段的特殊定向井，剖面類型為直-增-穩-降-直[1]。降斜段鉆柱彎曲應力指向下井壁，相當額外增加了鉆柱與井壁之間的正應力，導致降斜段的摩阻大于增斜段和穩斜段，這就導致降斜段定向鉆進托壓問題嚴重，定向效率極低[2]。為此，本文提出了五段制井井斜段鉆井提速關鍵技術，并在B16108井進行了現場試驗，效果良好。

1 技術難點

（1）降斜段摩阻大，滑動鉆進托壓現象嚴重，導致滑動鉆進機械鉆速和降斜率較低。

（2）降斜初期，潤滑劑、振動減阻等技術在一定程度上能緩解托壓。但是，當井斜角降低到一定程度，滑動鉆機托壓問題會再次出現。隨著井斜角的減小，滑動托壓越來越嚴重，甚至無法繼續滑動鉆進，降斜困難。

（3）降斜段若采用常規鉆具自然降斜，為保證降斜效果，一般要求輕壓吊打，因此機械鉆速會比較低。

2 關鍵技術及應用效果

針對上述技術難點，下面結合B16108井闡述降斜段提速關鍵技術及應用效果。B16108井是一口評價井，剖面類型為直-增-穩-降-穩，設計井深3 743.0 m，造斜終點井斜角24.62°，降斜終點井斜角1.87°，造斜段全角變化率2.7°/30m，降斜段全角變化率（-1.5）°/30m。該井自3 150 m～3 241 m，滑動鉆進托壓值300 kN左右，鉆具托壓頻繁釋放，導致定向困難，定向效率極低，滑動鉆進平均機械鉆速1.25 m/h，平均降斜率為1.4°/30m。

2.1 水力振蕩器+單彎螺桿

降斜段井斜角≥15°井段，采用“水力振蕩器（見圖1）+1.5°單彎螺桿”降斜鉆具主動降斜。這種提速工具組合，兼顧滑動機械鉆速和降斜率：利用水力振蕩器緩解托壓，保證較高的滑動鉆進機械鉆速[3-8]；利用1.5°單彎螺桿主動降斜，保證較高的降斜率，以減少滑動進尺。為保證水力振蕩器緩解托壓的效果，應將水力振蕩器安放在降斜點以上位置。

圖1 水力振蕩器結構示意圖

圖2 使用水力振蕩器前后托壓程度示意圖

B16108井自3 241 m，井斜角25.4°，下入水力振蕩器+1.5°單彎螺桿，具體鉆具組合為：Φ215.9 mmPDC鉆頭+Φ172 mm1.5°馬達+Φ165 mm 浮閥+Φ208 mm 扶正器+Φ165 mm無磁鉆鋌+Φ165 mmMWD+Φ165 mm無磁鉆鋌+Φ127 mm加重鉆桿+Φ127 mm鉆桿+Φ178 mm水力振蕩器+Φ127 mm鉆桿+Φ178 mm雙極振蕩短節+Φ127 mm鉆桿。鉆井參數為：鉆壓40 kN～60 kN，轉速 65+螺桿，排量 30 L/s～32 L/s。

鉆進至3 440 m，井斜角15.6°，平均機械鉆速3.52 m/h。該井段滑動鉆進鉆壓基本穩定在40 kN～80 kN，滑動鉆進期間活動鉆具次數明顯減少（見圖2），滑動鉆進平均機械鉆速1.92 m/h，提高53.6%；平均降斜率為1.75°/30m，提高25.0%。

繼續鉆進至3 443 m，井斜角15.6°，再次出現滑動托壓現象，滑動鉆進平均機械鉆速降低至1.35 m/h，降斜率降至0.85°/30m（見圖3）。隨著降斜段井斜角的減小，水力振蕩器緩解托壓的能力逐漸削弱。現場應用數據表明，當井斜角小于15°，水力振蕩器基本無法有效緩解降斜段托壓。

2.2 常規鉆具+螺桿式液動沖擊器

當降斜段井斜角＜15°時，采用“常規鉆具+螺桿式液動沖擊器（見圖4）”自然降斜，采用小鉆壓吊打，一般控制地面鉆壓10 kN～20 kN。螺桿式液動沖擊器，包括沖擊部分和馬達部分，將軸向振動功能與井下馬達集成一體化，既有馬達提供扭矩和高速旋轉的功能，又能夠產生5 kN～10 kN的沖擊力，輔助破巖，提高機械鉆速[9，10]。

圖3 使用水力振蕩器后再次出現托壓情況示意圖

圖4 螺桿式液動沖擊器結構示意圖

B16108井自3 443 m，井斜角15.6°，下入鐘擺鉆具+液動沖擊器鉆具組合，自然降斜，具體鉆具組合為：Φ215.9 mmPDC鉆頭+Φ172 mm螺桿式液動沖擊器+Φ165 mm浮閥+Φ127 mm加重鉆桿+Φ214 mm扶正器+Φ165 mm無磁鉆鋌+Φ165 mmMWD+Φ165 mm無磁鉆鋌+Φ127 mm加重鉆桿+Φ127 mm鉆桿。鉆井參數為：鉆壓10 kN～20 kN，轉速65+液動沖擊器，排量30 L/s～32 L/s。

這種鉆具組合至完鉆井深3 758 m，平均機械鉆速達到4.35 m/h，降斜率達到0.95°/30m。該井段與利用“水力振蕩器+單彎螺桿”相比平均機械鉆速提高23.5%。

3 結語

五段制井降斜段摩阻大，滑動鉆進托壓現象嚴重，導致滑動效率低。可以根據井斜角的大小來優選提速技術，即降斜段井斜角≥15°井段，采用“水力振蕩器+1.5°單彎螺桿”降斜鉆具主動降斜，兼顧滑動鉆進機械鉆速和降斜率；井斜角＜15°井段，采用“常規鉆具+螺桿式液動沖擊器”自然降斜，保證較高機械鉆速。

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